熱力學(xué)引言.ppt

1、 關(guān)于熱現(xiàn)象以及熱運動規(guī)律的理論,熱力學(xué)統(tǒng)計物理,物理學(xué),現(xiàn)代物理,一、學(xué)科的發(fā)展和前景,1. 和現(xiàn)代物理領(lǐng)域的研究熱點相聯(lián)系.,2. 深入探索物質(zhì)世界各層次間的聯(lián)系是二十一世紀物理學(xué)發(fā)展的方向之一,也正是統(tǒng)計物理學(xué)研究的主要內(nèi)容,發(fā)展前景,四大力學(xué)中，統(tǒng)計物理與量子力學(xué)的發(fā)展最為突 出，最富有學(xué)科生命力，給人們展示了豐富多彩的內(nèi) 容。下面列舉從1930s年代以來統(tǒng)計物理的若干主要 進展（不完全）：,稠密氣體和液體（經(jīng)典與量子） 嚴格可解模型 元激發(fā)的概念和方法 負絕對溫度 線性響應(yīng)理論 相變和臨界現(xiàn)象 *,各態(tài)歷經(jīng)問題 稀薄原子氣體的玻色愛因斯坦凝聚（BEC）* 介觀體系中的統(tǒng)計問題 天體物

2、理和宇宙學(xué)中的統(tǒng)計問題 混沌，分形, 滲流， 凝聚態(tài)物理中的統(tǒng)計問題（許多許多） 軟凝聚物質(zhì)（高分子，液晶） 非平衡相變（遠離平衡態(tài)） 交叉學(xué)科中的統(tǒng)計問題（經(jīng)濟學(xué)，社會學(xué)，） 計算機模擬（Monte Carlo,分子動力學(xué)，） ,研究對象：宏觀物質(zhì)的熱現(xiàn)象以及熱運動規(guī)律,熱運動 : 構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不休止的無規(guī)運動 .,熱現(xiàn)象 : 與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化。,單個分子 遵循力學(xué)規(guī)律.,整體（大量分子） 服從統(tǒng)計規(guī)律 .,宏觀量：表示大量分子集體特征的物理量（可直接測量）, 如 等 .,微觀量：描述個別分子運動狀態(tài)的物理量（不可直接測量），如分子的 等 .,二、熱力學(xué)統(tǒng)計物理的

3、特點,熱力學(xué),統(tǒng)計物理,熱現(xiàn)象的宏觀理論。,結(jié)論具有高度的可靠性和普遍性。,不能導(dǎo)出具體物質(zhì)的具體特性；也不能解釋物質(zhì)宏觀性質(zhì)的漲落現(xiàn)象等。,熱現(xiàn)象的微觀理論。,基礎(chǔ)是熱力學(xué)三個定律。 對基本定律作演繹推導(dǎo)來解釋物質(zhì)熱運動的性質(zhì)。,認為宏觀系統(tǒng)由大量的微觀粒子所組成，宏觀物理量就是相應(yīng)微觀量的統(tǒng)計平均值。,能把熱力學(xué)的基本規(guī)律歸結(jié)于一個基本的統(tǒng)計原理；可以解釋漲落現(xiàn)象；可以求得物質(zhì)的具體特性。,統(tǒng)計物理學(xué)所得到的理論結(jié)論往往只是近似的結(jié)果。,研究的對象與任務(wù)相同,熱統(tǒng),知其然而不知其所以然.,揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì),模型假設(shè)有局限性,物理學(xué)的第二次大綜合是從熱學(xué)開始的，它涉及到宏觀與微觀兩個層次

4、.,熱力學(xué),統(tǒng)計 物理學(xué),熱力學(xué) 統(tǒng)計物理學(xué),美國：例: 基泰爾, 熱物理學(xué),中國：例: 汪志誠, 熱統(tǒng),三、兩種熱統(tǒng)（熱物理）體系,熱 物 理 學(xué)C?；?第 一 章 量子態(tài) 第 二 章 一個基本的可解系統(tǒng) 第 三 章 基本假設(shè) 第 六 章 吉布斯因子和玻耳茲曼因子 第 九 章 費密子和玻色子：分布函數(shù) 第 十 章 自由粒子：軌道的計算 第十一章 單原子理想氣體 第十二章 單原子理想氣體數(shù)值計算 第十三章 氣體分子運動論 第十四章 費密狄喇克分布的應(yīng)用： 金屬和白矮星 第十五章 光子的普朗克分布函數(shù) 第十六章 固體中的聲子：德拜理論 第十七章 玻色子物理學(xué)： 愛因斯坦凝聚和液氦He4,第

5、四 章 兩個熱接觸的系統(tǒng)： 熵和溫度的定義 第 五 章 兩個擴散接觸的系統(tǒng)：化學(xué)勢 第 七 章 壓強和熱力學(xué)恒等式 第 八 章 熱力學(xué)溫度 第十八章 自由能 第十九章 熱力勢 巨勢和焓 第二十章 蒸氣壓方程 第二十一章 反應(yīng)中的平衡 第二十二章 電場中的系統(tǒng) 第二十三章 磁場中的系統(tǒng),熱 統(tǒng) 國 外,又例：F. Mandl, 統(tǒng)計物理學(xué)， John Wiley &Sons；人民教育出版社,熱 + 統(tǒng) 1 （國 內(nèi)）,熱力學(xué) 統(tǒng)計物理汪志誠,第一章 熱力學(xué)的基本規(guī)律 第二章 均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì) 第三章 單元系的相變 第四章 多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡 第五章 不可逆過程熱力學(xué)簡介 熱力學(xué) 46

6、% 第六章 近獨立粒子的最概然分布 第七章 玻耳茲曼統(tǒng)計 第八章 玻色統(tǒng)計和費米統(tǒng)計 第九章 系綜理論 第十章 漲落理論 第十一章 非平衡態(tài)的統(tǒng)計理論 統(tǒng)計物理 54%,熱力學(xué)與統(tǒng)計力學(xué) Thermodynamics and statistical mechanics 德W顧萊納 L奈斯 H斯托克著 本科 研究生 第一部分 熱力學(xué) 平衡與狀態(tài)量、熱力學(xué)定律、相變與化學(xué)反應(yīng)、熱力學(xué)勢、熱力學(xué)穩(wěn)定性 第二部分 統(tǒng)計力學(xué) 微觀狀態(tài)數(shù)與熵、微正則系綜、正則系綜、玻爾茲曼統(tǒng)計、巨正則系綜 第三部分 量子統(tǒng)計 密度算符、多粒子波函數(shù)的對稱性質(zhì)、理想量子系統(tǒng)的巨正則描述、 理想玻色氣體、理想費米氣體、相對論玻色氣體與費米氣體的應(yīng)用 第四部分 實際氣體和相變 實際氣體、相變的分類、伊辛和海森伯模型 又例：.薩莫洛維奇，熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)（蘇）,熱 + 統(tǒng) 2 （國 外）,國內(nèi)熱統(tǒng)教學(xué)體系,熱 學(xué),統(tǒng)計物理,高等 統(tǒng)計,熱力學(xué),統(tǒng)計物理,輸運現(xiàn)象,熱力學(xué)定律與熵,熱力學(xué)定律1/3,均勻物質(zhì)熱力學(xué),復(fù)相平衡,近獨立子系 玻爾茲曼分布1/4,玻色統(tǒng)計 和費米統(tǒng)計,系綜理論,氣體分子運動論 麥玻分布,輸運、漲落等,從熱學(xué)到熱統(tǒng)，關(guān)于某些看似重復(fù)的概念：,自熱學(xué)起我們學(xué)習(xí)了如